[发明专利]一种材料识别传感器及利用其识别材料属性的方法

说明书

本发明涉及一种材料识别传感器及利用其识别材料属性的方法，所述的材料识别传感器自上而下包括依次连接的封装层、测温层和基底层，所述的测温层包括圆环形热源和圆环形温度传感器，所述的圆环形热源设置在圆环形温度传感器内部。本发明的材料识别传感器以中心环热源和外圈测温的特定结构，可以对热属性接近的材料进行有效的区分；本发明的方法将固定体积待测材料放置在材料识别传感器上，热源产生恒定功率，测试圆环形温度传感器电阻变化，具有不同密度和比热容的材料会表现出不同的电阻‑时间曲线，同时两者满足对数关系，通过电阻‑时间曲线进行拟合得到特征值，根据特征值进行材料属性的识别。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种材料识别传感器及利用其识别材料属性的方法。

背景技术

随着物联网和5G的快速发展，对具有能够感知环境中声、光、电、热和磁等传感技术的器件需求越来越大，近些年来研究者们在温度、压力和湿度等传感方面进行了大量的研究，在器件小型化，柔性化中取得了良好的进展。但是针对物体材质识别方面器件的研究较少。到目前为止，文献中报道的材质识别器件绝大部分是基于瞬态平面热源法器件简化而来的用于测试材料热导率原理：使用一种薄层圆盘环结构金属同时作为平面热源和温度传感器，测试时将待测物体放置在传感器之上，对金属热敏电阻施加电压进行升温，通过测试电阻的变化情况来热导率的表征，从而进行不同材质的辨别。如：(Adv.Mater.2017,29,1606151；Sci.Robot.2020,5,eabc8134)。

CN108548844 A公开了一种使用圆环加热激励中心点测温的热物性传感器，通过加热器与温度传感器的分置，避免接触热阻的影响，实现了热导率与热扩散系数的快速高效测量。该传感器可以对材质的热属性进行准确快速的测量，从而实现材质的区分；然而对于热属性接近的材料这类探测技术则无法进行有效的区分。因此迫切需要发展基于其他属性进行识别的传感器与方法。

鉴于以上原因，特突出本发明。

发明内容

为了解决现有技术存在的以上问题，本发明提供了一种材料识别传感器及利用其识别材料属性的方法，本发明的传感器基于待测物体的密度和比热容进行属性的识别，本发明的方法通过不同属性的材料的电阻和时间变化曲线，通过拟合对应的特征值进行材料的区分和识别。

本发明的第一目的，提供了一种材料识别传感器，所述的传感器自上而下包括依次连接的封装层、测温层和基底层，所述的测温层包括圆环形热源和圆环形温度传感器，所述的圆环形热源设置在圆环形温度传感器内部。

进一步的，所述的圆环形热源为激光照射基底层得到的激光致石墨烯，所述的圆环形温度传感器为热敏电阻，所述的圆环形温度传感器通过热蒸发或磁控溅射固定在基底层上。

进一步的，所述的圆环形热源两端分别连接有第一电极和第二电极，所述的第一电极和第二电极与电源连接，所述的圆环形温度传感器两端分别连接有第三电极和第四电极，所述的第三电极和第四电极与电阻测试仪连接。

进一步的，所述的第一电极、第二电极、第三电极和第四电极均在同一个平面上。

进一步的，所述的封装层为电绝缘材料制成。

优选的，所述的电绝缘材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，PDMS旋涂在测温层和基底层上，经热处理固化而成。

进一步的，所述的基底层为聚酰亚胺制成。

本发明的第二目的，提供了一种利用所述的传感器识别材料属性的方法，所述的方法包括如下步骤：

(1)将多个不同已知属性材料放置在封装层上面，记录圆环形温度传感器连接的电阻测试仪上电阻随时间的变化情况，得到多个电阻-时间变化曲线；